施工用盾构机管理技术的吸收与改进

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【摘要】近年来，随着我国建筑业的飞速发展，现代城市地下建筑工程越来越多，施工用盾构机管理技术的应用也越来越广泛,随之而来的就是对盾构机施工管理技术的改造探讨，本文通过对施工用盾构机管理技术进行简要分析，希望可以起到抛砖引玉的作用，意在促进我国盾构机管理技术的完善与发展，

【关键词】施工用盾构机 管理技术 改进措施

中图分类号： TU74 文献标识码： A 文章编号：

一、前言

盾构机进行隧道施工具有自动化程度高、节省人力、施工速度快、一次成洞、不受气候影响、开挖时可控制地面沉降、减少对地面建筑物的影响和在水下开挖时不影响水面交通等特点，在隧洞洞线较长、埋深较大的情况下，用盾构机施工更为经济合理。

二、盾构机的重要技术经济意义

首先，施工速度方面。隧道工程施工比较复杂,工程量大,工作面少,工期较长,耗资多,而且对周围环境影响大,因此要求尽量加大施工速度。盾构施工速度的控制因素主要是开挖速度、安装管片时间以及检修维护时间。开挖快慢又主要决定于地层条件、推进速度、刀头形状与材质。管片拼装时间决定于拼装机的性能与人员的操作熟练程度。盾构机械由多个系统组成,每个系统均需经常性地检修维护,需占用一定的时间,这与机械质量和使用状况都有密切的关系。据我们多次考察，隧道工程一般月进度在200～600m,大体上开挖时间占约35%～50%,安装管片时间占20%～30%,检修维护时间占30%～40%。其次，盾构机械的使用寿命。盾构机的强大盾壳具有相当的强度与厚度,每台盾构机可以工作十几公里,甚至更长的距离,可多次使用,每次使用后,只需做简单维修即可。刀盘刀架结构属坚固耐磨设计,不易损坏。机内机电设备、操作控制、出碴、运输等系统也都属常规运行,均可通过正常的检修、更新来延长使用时间。由此可见,控制整体机械的使用寿命在于刀头。从多年实践看,目前的刀头一般只能开挖1～1.5 km,必须及时更换新刀头。德国海伦克内希特公司成功地应用在盾头设置支护板和压缩空气支护工作面技术,可以及时更换刀头,从而大大延长机械的整体寿命。但是使用压缩空气支护工作面,也有一定局限性,例如德国、日本规定人员不得在超过3*105Pa的空气压力下工作,因而在更高的地下水压力条件下,将会受到制约。

三、现代我国施工用盾构机的重要施工技术

1、坡度倾斜掘进。

综观国内外盾构施工实例,在轨道交通线路的选择上,都全面考虑到与地下工程、管道及其它设施之间的高程关系,以及地质条件的原因,因而几乎所有的隧洞都有一定坡度。坡度较缓的对于盾构机械施工是没有什么特殊要求的, 坡度较大的则必须对碴浆的运送、管片的运输以及盾构机掘进姿态做出论证。目前 ,在实际工程中,纵坡一般控制在2‰左右,在德国科隆地铁隧洞工程中,掘进坡度已经达到4% 。

2、水平曲线掘进。

在地铁施工中，由于受规划及建、构筑物的制约，要求盾构机在施工时必须进行曲线施工,其转弯半径视机械性能、隧道线路而定。在上海地铁明珠线二期宜山路～停车场区间中,最小曲率半径为250m。曲线施工时,一般是通过ATR（铰接装置）进行曲线施工，ATR调节量是通过上下左右各组的油缸行程检测装置来反应的，根据检测装置上的数值差来判断盾构掘进方向，当调整幅度不够时,可以用超挖设施辅助进行。

四、日常维护管理

盾构施工工艺流程所需设备中大部分设备都是串联式、单打一设备,为此,只有做好设备的预防性维修,才能减少设备的故障停机时间,提高设备的利用率,扭转设备维修的被动局面。这就要求我们加强设备的管理,学习和吸收盾构施工先进的设备管理经验并制定符合自身实际情况的设备管理制度。

1、机电班组检查维护保养制度

日常保养:、检测、修整、清洁； 日常检查：检查设备的运行状况、器件的完好程度、部分系统的防水、防干扰装置、设备的防护措施、结构件的紧固； 定期检修:油质检测、滤芯更换、电气器件的检测、液压阀及气动阀的检测、传感器的状态等。

2、周检维护、月检维护、季度维护制度

根据盾构机的维护保养说明书和现场情况制定每周和每月及季度检查项目。

3、预防维修

根据设备运行参数对检查出设备所存在故障隐患和运行状态不稳定的系统进行彻底处理,以保证设备状态的完好运行。

4、核心部件和系统关键控制

盾构机核心的部件和系统是控制的关键点,对其运行参数进行适时的采集和分析,并对所列入关键点的部件和系统加强日常检查和保养。如针对盾构机刀盘驱动减速箱和盾构机自动控制系统就采取了如上方法进行检查保养和防护,可以起到较好的效果。

五、盾构机技术的吸收和改进

1、研制修复滚刀的工、位、器、具,制定滚刀修复工艺

盾构机刀盘上布设了36把17寸的滚刀,它比普通刮刀突出110mm,在硬岩掘进时起主要的切削作用,磨损较快,尤其是5把边缘滚刀,掘进时需要频繁更换磨损严重的滚刀。因国内盾构机的开发和利用时间短,所配置滚刀结构特殊,拆解困难。而国内盾构机刀具维修单位和制造单位,如洛阳三九、佛山中南、海瑞克、广州盾建等公司都是采取破坏端盖拆解,修复后又改变其定位方式。这样严重影响了滚刀的使用性能和使用寿命,增加维修费用。如果从原厂家NFM公司订购专用拆解设备,成本又太高(NFM公司报价82万元/套)。该种滚刀从原配置厂家进口要3万元一把,如一次性报废,成本较高。为顺利拆解滚刀,利用液压泵站和2只15t推力的油缸,制作仿棘轮原理的专用拆解工具来拆解端盖。为防止定位销位置段螺纹的破坏,先在定位销的中心钻攻M6螺纹孔,用自行制作的拉拔器将销子拔出。这样,就较顺利的拆下端盖,螺纹完好无损,拆解滚刀的难点得到解决。组装中自制了压出板、压进板、中心板、组装轴衬、20t液压压力机等,购置百分表及支架底座、扭矩扳手、链条扳手等,经过对滚刀进行组装调试,达到了标定的精度和扭矩。

2、改造盾构机冷却水循环系统

盾构机在使用中会逐渐出现液压系统液压油温上升很快的情况。在环境温度30-35.5℃的情况下,设备运行25-35min,液压油温度就从40.5℃上升至55℃。(盾构机控制系统设定液压油的红色报警温度为55.5℃),考虑各种因素如地层,推力,扭矩等参数。采取对应的措施(一)严格控制盾构机的运行参数,严禁设备过载运行; (二)加强检查水管油管有无泄露,及时清理热交换器表面,保证其良好的散热效果; (三)更换大功率的热交换器(采用广东佛山国产热交换器); (四)在冷却水进水处安装水软化装置以净化水质; (五)加大冷却水进水流量,并在设备运行时控制临时用水; (六)清理水管内部水垢。通过这些措施,盾构机运行时的油温上升快的问题有了明显的改善,甚至盾构机运行时隧道内的环境温度也降低了。

3、设立刀盘加水系统

为了改良渣土土质、降低刀盘工作扭矩、减少刀盘刀具磨损,保证顺利出土而不卡死皮带机,盾构机上设立了泡沫系统。在盾构施工过程中,对有些的地层掘进中,如土质很粘的5Z-2、6Z地层,纯粹添加泡沫很难起到良好的改良渣土土质、降低刀盘工作扭矩、减少刀盘刀具磨损的效果,造成出土很粘,刀盘被糊死,土仓结泥饼,皮带机被卡住,液力偶合器安全塞和密封被击穿,严重影响了正常掘进。添加了刀盘加水系统后,原在粘土层推进中渣土得到良好改良,降低了刀盘工作扭矩,皮带机卡死、螺旋输送机出土口堵塞、刀盘面糊死、结泥饼等现象有了明显的改善,取得了较好的效果。

六、结束语

以上就是本人对施工用盾构机管理技术做出的简要分析，意在促进我国盾构机管理技术的控制与管理制度的完善，使我国建筑行业向更加科学、高效方面发展。

参考文献

[1] 王煜东.传感器及应用[M].北京:机械工业出版社, 2008.

[2] 张利平.液压与气动技术[M].北京:化学工业出版社, 2008.

［3］周文波《盾构法隧道施工技术及应用》中国建筑工业出版社.2004年11月.第一版